基于單片機的頻率計設(shè)計

摘 要：本文設(shè)計了一種基于單片機的數(shù)字頻率計。該數(shù)字頻率計利用單片機內(nèi)部的定時寄存器，配合相應(yīng)的前置信號處理電路、外圍接口電路以及相應(yīng)的軟件，測試周期信號頻率，具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：單片機 數(shù)字 頻率計

The Design of Digital Cymometer Based on Microcontroller

yue liang

（Chong qing College of ElectronicEngineering，Chongqing，401331，China）

Abstract：A digital cymometer based on microcontroller is introduced in this paper.Using timer register in the single chip computer， with the corresponding signal processing circuit，peripheral interface circuit and corresponding software，the digital cymometer test the frequency of cycle signal，which has the certain reference significance.

Key Words：Microcontroller；Digital；Cymometer

中圖分類號：TP36 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（c）-0008-02

頻率測量在電子領(lǐng)域是一個常見而重要的手段。在傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造中，頻率計被廣泛應(yīng)用在于生產(chǎn)測試中[1]。例如可以通過使用頻率計迅速發(fā)現(xiàn)有故障的晶振產(chǎn)品，確保產(chǎn)品質(zhì)量。在計量實驗室中，頻率計被用來對各種電子測量設(shè)備的本地振蕩器進(jìn)行校準(zhǔn)[2]。在無線通訊測試中，頻率計既可以被用來對無線通訊基站的主時鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，還可以被用來對無線電臺的跳頻信號和頻率調(diào)制信號進(jìn)行分析。數(shù)字頻率計的設(shè)計方案有多種：專用集成芯片、單片機、DSP、CPLD、FPGA等等都可以用來設(shè)計數(shù)字頻率計。在本次設(shè)計中我們采用單片機來實現(xiàn)數(shù)字頻率計。雖然直接用單片機設(shè)計的數(shù)字頻率計測試范圍不大，測試范圍只能達(dá)到幾百kHz左右，用CPLD可以做到幾百MHz的測試范圍，不過單片機可以擴展，經(jīng)過擴展后還是可以達(dá)到比較理想的測試范圍。而且單片機的性價比較高，對于一些對某些參數(shù)要求不是很高的場合可以得到很廣的應(yīng)用[3]。

1 硬件電路設(shè)計

頻率計的設(shè)計框圖（如圖1）。

頻率是單位時間內(nèi)周期信號的發(fā)生次數(shù)，時間閘門開啟時間內(nèi)，被測信號經(jīng)放大整形后通過閘門進(jìn)入計數(shù)器，進(jìn)行計數(shù)，時間閘門關(guān)閉時，計數(shù)器停止計數(shù)。本設(shè)計采用51系列單片機內(nèi)的定時寄存器作為時間閘門，所測得的頻率f為，Tg為閘門開放時間，同時又利用51系列單片機內(nèi)的計數(shù)器可以得到計數(shù)值N。

在測量頻率時，用89C51的定時/計數(shù)器T0和輔助軟件計數(shù)器產(chǎn)生時間基準(zhǔn)信號Tg而用定時/計數(shù)器T1加上外擴計數(shù)單元作為被測信號的計數(shù)器[4]。

信號經(jīng)施密特芯片整形為脈沖信號之后，分為兩支，其中一支送入74LS161擴展計數(shù)器分頻，經(jīng)二選一電路送入單片機。二選一電路兩個輸入分別為原信號和經(jīng)74LS161分頻后的信號。當(dāng)計數(shù)脈沖值小于500 KHz時，選通原信號；當(dāng)計數(shù)脈沖值大于500 KHz時選通分頻后的信號。其他同上。只是在顯示脈沖值時有所差別，當(dāng)數(shù)脈沖值在到1 M之間時，表示KHz單位的發(fā)光二極管（接P1.1）亮；計數(shù)脈沖值在1M到9.99 MHz之間時，示MHz單位的發(fā)光二極管（接P1.0）亮；計數(shù)脈沖在99.99 MHz以上時，溢出發(fā)光二極管（接P3.7）亮。頻率顯示后，延時一定時間，顯示該頻率的周期。輸入信號從T1腳接人單片機，T0作定時器，即以內(nèi)部周期周期為基準(zhǔn)時鐘（1 us），當(dāng)上升沿到來時開始定時，下降沿到來時停止定時，讀取T0值及輔助定時器值及為正脈沖寬度；同理，當(dāng)下降沿到來時啟動定時器，T0開始定時，當(dāng)上升沿到來時關(guān)閉定時器，讀取T0值及輔助定時器值即為負(fù)脈沖寬度。正脈寬與負(fù)脈寬之和即為周期。當(dāng)周期在1000 us以下時，直接以us為單位顯示，表示單位的二極管亮（與頻率測量時Hz檔為同一二極管）；當(dāng)周期在1000 us與1s之間時，以ms為單位顯示，表示單位ms的二極管亮（與頻率測量時kHz檔為同一二極管）；當(dāng)周期大于1 s時以s為單位顯示，表示s單位的二極管亮（與頻率測量時MHz檔為同一二極管）。

2 軟件設(shè)計

軟件部分主要完成定時、計數(shù)、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化成BCD碼顯示的功能，總體流程如（圖2）。

3 結(jié)語

經(jīng)過測試，方波在輸入信號的幅值為4.2 V時，頻率10～465 kHz的相對誤差小于5%，1～10 Hz的絕對誤差小于0.5 Hz，0～1 Hz的絕對誤差小于0.05 Hz。正弦波在輸入信號的幅值為3.5 V時，頻率10～465 kHz的誤差小于5%，符合設(shè)計要求。因此所設(shè)計的頻率計，結(jié)構(gòu)簡單，功能實用，對各種周期信號都可以精確測量。

參考文獻(xiàn)

[1] 尹海峰，尹海潮，孫樹強.頻率的測量在單片機設(shè)計中的應(yīng)用[J].科技信息，2008（7）.

[2] 陳曉榮，蔡萍，周紅全.基于單片機的頻率測量的幾種實用方法[J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2003（1）.

[3] 杜豫平.基于51單片機簡易頻率計設(shè)計[J].電子質(zhì)量，2011（11）.

[4] 楊帆.數(shù)字頻率計的設(shè)計與實現(xiàn)[J].科技廣場，2011（9）.